2011年11月1日尼勒克、巩留MS6.0地震序列精定位研究①

郑雪刚， 马学军， 赵鹏毕

(新疆维吾尔自治区地震局新源地震台，新疆 新源 835800)

北京时间2011年11月1日08时21分，新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州尼勒克、巩留县交界发生MS6.0地震(以下简称尼勒克地震)。根据中国地震台网中心测定，尼勒克地震震中位于43.6 °N、82.4°E，震源深度28 km。根据现场科学考察(1)新疆维吾尔自治区地震局.2011年11月1日新疆尼勒克、巩留MS6.0地震灾害调查，2011年12月.，此次地震宏观震中位于巩留县牛场以北，极震区地震烈度为Ⅶ度，灾害以房屋破坏为主，未有人员伤亡，地震造成30 392人(7 598户)受灾，直接经济损失67 846万元，属较大破坏性地震[1]。尼勒克地震发生在伊犁断陷盆地东缘阿吾拉勒山交界的巩乃斯谷地，谷地北侧为阿吾拉勒山南缘断裂，南侧为巩留南断裂。地质构造为阿吾拉勒复背斜，该背斜由一系列近东西向的背斜和断裂组成，复背斜两侧被阿吾拉勒北缘断裂和阿吾拉勒南缘断裂控制[2]。1600年以来，震区周围发生过5次MS≥7.0地震，震源区100 km范围内发生过1812年尼勒克MS8.0地震，1次MS6地震，15次MS5地震[3]，区域内以MS5地震活动为主，但自1974年伊宁东MS5.0地震后，MS5地震平静32年，2007年7月20日发生了特克斯MS5.9地震，距此次地震震中76 km[2](图1)。地震发生后，根据新疆地震台网的测定，截至2012年6月30 日共记录到ML≥0.8余震142次，最大余震ML4.8。此次尼勒克地震附近台站相对较少，最近的固定台有新源(XNY)，察布查尔(CBC)地震台，震中距分别为74 km和76 km。为了加强震中附近的地震监测能力，地震当日，新疆地震局连夜在震中南北两侧架设2个应急流动台，其中巩留、尼勒克县流动台距震中分别为10 km，28 km，流动台的架设对震中形成较好的包围[4]，为后续震情跟踪和科学研究提供了重要的基础资料。对余震序列的精确定位是获取余震空间分布特征和震源区深部发震构造的有效途径，本文中利用研究区域26个固定台和2个流动台记录的震相数据，采用Hypo2000+HypoDD联合定位方法对尼勒克地震序列进行重新定位，获得更加精确的余震序列空间分布图像，并根据重定位结果对地震序列的空间分布特征、发震与地质构造的关系进行讨论。

图1 尼勒克MS6.0地震震中及其邻区地质构造图F1—阿吾拉勒山南缘断裂； F2—留南断裂； F3—喀什河断裂 Fig.1 Epicenter of Nileke earthquake with MS6.0 and its surrounding geological-tectonic map

1 方法与数据

1.1 Hypo2000方法

Hypo2000定位方法采用经典Geiger定位法的基本思路：把走时T在初值(x,y,z)附近做泰勒展开，取一级近似，

(1)

其中T实际走时，是相应于(x,y,z)附近一点(x′,y′,z′)的走时。在此基础上建立方程组，算法上，先对观测方程组降维，后直接使用奇异值分解最小二乘法对初定位参数进行迭代修正。Hypo2000可以采用分区水平分层速度模型，为每个台站指定不同的速度模型。该方法采用近台初值，只适用于网内近场及地方震的定位[5-6]。

1.2 双差定位法

双差定位方法是一种比绝对定位法精度高的相对定位方法,该方法将一定空间范围内的地震组队，利用组队地震到台站的走时差确定地震的相对位置。与其他定位方法相比，该方法能够有效的消除介质不均匀性造成的传播路径影响，所选事件不受空间跨度的限制，且该方法能通过相关分析法读取地震的到时差，有效减小地壳结构对定位精度的影响从而大大提高到时数据的精度，同时对地震的震源深度进行有效约束，是目前较为精确的一种定位方法[7]，该方法在国内外中强地震的重定位中被广泛应用，如用于于田地震、汶川地震[8-9]等。

1.3 数据

选取2011年11月1日～2012年6月30日记录到的ML≥1.0的余震地震事件，利用新疆地震台网地震观测报告，采用Hypo2000+HypoDD定位方法对尼勒克地震序列进行精定位。在双差定位时，本研究选择了震中距小于300 km范围内的13个固定台和2个流动台记录到的Pg、Sg到时资料，每个地震至少有6个震相记录，震相挑选时剔除绝对走时残差>2.5 s的震相，经过挑选参与定位的Pg波为751条，Sg波为786条，P波和S波震中距与走时曲线如图2所示。在双差定位过程中，设置Pg波、Sg波走时权重为1.0，0.5。最小观测数与最小连接数设置为6，地震对之间的最大距离为10 km。采用共轭梯度法求解方程，经过2组共15次迭代后得到阻尼最小二乘法解。波速比根据附近台站(XNY)的接收函数h-k扫描结果设定为1.72[10]。精定位的速度模型采用邵学钟等[11]利用转换波测深剖面对北天山地壳结构研究的结果(表1)。

图2 Pg、Sg震相的走时曲线表Fig.2 Travel time of Pg and Sg

表1 北天山速度模型

2 定位结果分析

2.1 Hypo2000定位分析

对2011年尼勒克地震142次余震，通过Hypo2000定位后，得到112次定位结果。图3为Hypo2000方法的定位误差分布，此次Hypo2000方法初步定位后的水平向误差大多小于2 km，平均为1 km；垂直向误差大多小于4 km，平均为2.1 km；经统计有94%的走时均方根残差小于0.5 s，平均为0.22s。其中主震的发震时刻为08时21分 27.5 秒，震中位置为43.67°N、82.37°E。主震的走时残差0.38 s，水平误差为0.89 km，垂直误差为1.5 km，空隙角73°，主震的定位结果与中国地震台网中心所给结果[2]相近。总体上看，绝大部分定位结果已经达到了Ⅰ类定位精度的要求。

图3 Hypo2000方法定位误差分布图Fig.3 Positioning error distribution of Hypo2000 method

赵仲和提出HYPO81定位结果质量的综合评价[12]，由震源位置、定位结果综合质量及台站分布质量评定组成。参照赵仲和等人的评价标准，对此次尼勒克地震Hypo2000初定位结果进行分析。在震源位置定位结果综合评定中有72.47%属于C类、台站分布质量有49.54%地震属于D类，造成多数地震属于C类、D类的原因主要有以下2点：① 近台数目不够，在架设流动台之前，余震的近台震中距均大于70 km。而架设流动台之后，虽有效改善了近台震中距，但此次定位仍然有66.05%的余震近台震中距大于50 km。有58.7%相邻台站相对于震中的最大间隙角大于135 °，但同时也有92.6%的间隙角小于180°，说明虽然有一些地震定位时存在有数据台站分布不好的情况，但就实际使用台站而言，绝大多数地震仍然处于“网内”，这也保证了Hypo2000定位的有效性。② 震相到时读数精度还有待提高，在使用的观测报告中有些地震初至P波为EPG，有些地震没有Pg波走时只有Sg波走时，这些都对震相的识别精度产生一定的影响。

2.2 双差定位分析

为了得到更高的定位精度，采用双差定位法对Hypo2000方法得到的结果进行重定位，获得105个地震事件的精定位结果。尼勒克地震及其余震序列重定位后的平均走时残差明显降低，由重定位前的0.22 s降低至0.09 s。为了评价本次地震定位结果的精度，采用奇异值分解法进行了4次实验，每次随机选择30个地震。实验结果发现，震中位置在东西、南北及垂直方向的平均误差最大的一组误差分别为0.51、0.71和0.95 km，误差较小，总体反映出此次双差定位结果的精度较高。

图4～5分别是尼勒克MS6.0地震序列重定位前后震中分布图和重定位后地震序列2个震源深度剖面(图5中余震震中分布优势长轴走向AA′及其垂直方向BB′，图例同图4)。由图4可见，重定位前余震序列分布相对零散，无明显的分布特点和优势展布方向，重新定位后余震震中分布更加集中，并主要呈NNW向分布在阿吾拉勒山南缘断裂的两侧，这与新疆地震局现场科考的极震区烈度为Ⅶ度，等震线长轴呈北西西走向基本一致[1]，但与临近的阿吾拉勒南缘断裂近东西的走向存在一定差距。此次尼勒克地震在区域上属于阿吾拉勒山西段，此区域内断裂与褶皱十分发育，主体断裂以EW向为主，也存在次一级的NE、NW向断裂，这些NW向断裂规模较小[13-15]，余震震中分布显示的NNW向走向可能与阿吾拉勒山南缘断裂附近次一级的NW向断裂活动相关。

图4 重定位前后余震震中分布图(a) 重定位前 (b) 重定位后Fig.4 Aftershock epicenter distribution before(a) and after(b) relocation

从震源深度剖面AA′可以看出，重定位后的余震序列震源深度主要集中在5～17 km区间，且余震大多数都发生在中地壳的上部。深度剖面BB′反映出沿断层面倾向的震源深度变化特征。由图5可以看出震源深度由北向南逐渐变浅的特征，表明断层面北倾，且倾角大约70°，这与震源附近阿吾拉勒山南缘断裂地质调查资料(2)新疆地质局区测队.1∶200 000区域地质探查报告K-44-V(巩留幅),1979年12月.，阿吾拉勒山南缘断裂总体走向近东西，断层北倾，倾角约75°相一致[16]。

图5 重定位后地震序列震源深度沿AA′(a)和BB′剖面(b)分布图Fig.5 Focal depth distribution of earthquake sequences after relocation along AA′ (a) and BB′ (b)

3 结论与讨论

双差定位法是一种相对定位法，震源深度的测定可能出现整体性的位置偏移，已有研究表明，初始震源深度每增加、减少5 km，会使双差定位后震源深度变化幅度约50%。本次双差定位主震的震源深度与中国地震台网中心给出的存在10 km差异的原因，可能是由于初始震源深度较浅所造成。尼勒克地震重定位前余震序列分布相对离散，无明显的分布特点和优势展布方向，重新定位后余震震中分布更加集中，余震分布的优势方向为NNW，与新疆地震局现场科考给出的极震区为Ⅶ度，等震线长轴呈北西西走向基本一致。

地震发生后，国内外多家研究机构都公布尼勒克地震的震源机制解，结果较为接近，其中USGS得出的矩张量反演结果：断层节面Ⅰ:走向80°、滑动角91°、倾角73°;节面Ⅱ:走向257°、滑动角87°、倾角17°,显示此次尼勒克地震是以逆冲为主的地震事件，这与临近震中的阿吾拉勒山南缘断裂及震源区周围构造错断类型相同。尼勒克地震的震源机制解断层节面Ⅰ的走向与阿吾拉勒山南缘断裂近东西的走向一致，震源深度剖面显示的发震断层信息与节面Ⅰ的倾角73°也较为一致，表明主震受N倾的阿吾拉勒山南缘断裂控制。余震优势分布的NNW走向与USGS得出的节面Ⅰ的走向存在明显差异，这可能与阿吾拉勒山南缘断裂附近次级NW向反冲断层的活动有关。